CN1333507C - 并联不间断电源系统及其启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种并联不间断电源系统及其启动方法，在现有通过启动开关电路产生启动偏置电流的并联UPS系统的基础上，在各个不间断电源模块中增用于从其辅助电源主变换器的输出端向外部输出启动偏置电流的发送支路，并增设用于从外部接收启动偏置电流并输入到其辅助电源控制电路的接收支路；发送支路的输出端与接收支路的输入端连接在一起，并通过同一根引出线连接到外部；系统中所有不间断电源模块的引出线连接在一起，形成一条辅助电源启动线。每一个UPS模块既可从辅助电源启动线上引入启动偏置电流，也可以通过该辅助电源启动线为其他UPS模块的辅助电源单元提供启动偏置电流，使其它UPS模块可完成自启动。
Description
技术领域
本发明涉及并联UPS(不间断电源)系统，更具体地说，涉及并联UPS系统在电池模式下的启动方法以及用于实现该方法的并联UPS系统。
背景技术
在线式双变换拓扑是当前并联UPS系统中最常用的技术，单个UPS模块内部的典型结构如图1所示，其中PFC为前级功率因数校正AC/DC(交流/直流)电路，INV为后级逆变器电路，DC/DC为电池升压单元，CHG为充电器电路，PWR为辅助电源单元。有的UPS模块中将PFC与DC/DC合用同一套变换器电路，还有的UPS模块将充电器电路直接挂接在直流母线(DC BUS)上，作为UPS拓扑结构上的一些变通，此处不做列举和赘述，本文阐述的要点均以图1所示UPS模块的拓扑结构为例，但并不限于这种结构的UPS模块。
本文中，UPS模块的电池模式，即电池逆变器工作方式，指UPS模块输入电压断开或超出允许范围，进入电池放电状态，输出电压正常的情况(该定义引自邮电部标准YD/T 1095-2000)；冷启动是指在没有市电交流或市电交流已被断开时，一个新的UPS模块启动工作并进入上述电池模式的情况。
上述UPS模块应用于UPS并联系统时，热插拔技术是一项重要技术性能。对于后插入UPS系统的UPS模块，其启动方法是热插拔技术研究的要点之一。特别是UPS模块在电池模式下的启动方法，目前主要方案有以下两种：
(1)、由集中控制电路为各个UPS模块提供启动偏置电流。如图2所示，其中的集中控制电路通过辅助电源启动线向各个UPS模块提供启动偏置电流，达到启动各个UPS模块的目的。这种方法的并联UPS系统若需要在电池模式下完成启动操作，可通过集中控制电路中的启动开关电路，首先使得集中控制电路工作，然后通过辅助电源启动线为各个UPS模块提供辅助电源启动偏置电流，从而完成启动，此系统中的各个UPS模块只接受由辅助电源启动线传来的驱动信号。这种方法只能用于集中控制的并联UPS系统中，而这样的UPS系统因其不能解决单点故障、可靠性低等缺点，终将不被采用。
(2)、由电池电压直接产生启动偏置电流。这方法在实际应用时容易导致电池的小电流放电而损坏电池，而且对于电池电压较高的场合，这种方式对人身安全也构成一定的威胁，因此电池不宜直接挂接在启动电路上，必须通过某种启动开关电路来实现模块电源的启动，如图3所示。这种方案若直接应用于模块并联的UPS系统中，主要存在以下问题：其一是后插入的UPS模块不能实现电池方式下的自启动，每一个UPS模块都必须通过操作手动开关S1-1来启动，增加了人工操作，不适合热插拔的技术要求；其二是各个UPS模块的启动开关电路是相互独立的，不适合并联UPS系统中所有模块在电池方式下的一次性启动操作。
发明内容
本发明的要解决的技术问题是，针对现有技术的上述缺陷，提供一种并联UPS系统在电池模式下的启动方法、以及用于实现该方法的并联UPS系统，使得所述并联UPS系统中只要有一个UPS模块已正常工作，则其它后插入的UPS模块都能够自启动其辅助电源，从而正常加入系统运行。
本发明解决其技术问题的方案在于，一种并联不间断电源系统的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、至少有一个不间断电源模块先启动并工作于电池模式；
步骤2、所述至少一个先启动并工作于电池模式的不间断电源模块向所述并联不间断电源系统中未启动工作的不间断电源模块提供启动偏置电流；
步骤3、所述并联不间断电源系统中未启动工作的不间断电源模块通过接收所述启动偏置电流，完成启动。
其中，所述启动偏置电流是由所述先启动的不间断电源模块中的辅助电源单元的变换器输出的。在所述步骤1中，可先启动任意两个或两个以上不间断电源模块，由它们向其它未启动的不间断电源模块的辅助电源单元输出启动偏置电流。所述未启动工作的不间断电源模块还包括新插入所述并联不间断电源系统的不间断电源模块。所述先启动工作的不间断电源模块的启动方式可以是由市电模式转换到电池模式的启动，也可以是在电池模式下的通过启动开关电路实现的启动。
为实现上述方法，本发明提供一种并联UPS系统，在现有通过启动开关电路产生启动偏置电流的并联UPS系统的基础上，将系统中的不间断电源模块分为至少一个主不间断电源模块和至少一个从不间断电源模块，在所述主不间断电源模块中设有用于从其辅助电源主变换器的输出端向外部输出启动偏置电流的发送支路；在所述从不间断电源模块中设有用于从外部接收启动偏置电流、并输入到其辅助电源控制电路的接收支路。
在本发明所述的不间断电源系统中，通过在所述的主不间断电源模块中增设所述接收支路，并在所述从不间断电源模块中增设所述发送支路，也就是使所有模块同时具有发送支路和接收支路，则可选择任一个不间断电源模块作为主不间断电源先启动，其它模块则作为从不间断电源实现自启动。
在上述不间断电源系统的每一个不间断电源模块中，所述发送支路的输出端与所述接收支路的输入端连接在一起，通过同一根引出线连接到外部；所述不间断电源系统中的所有不间断电源模块的所述引出线连接在一起，形成一条辅助电源启动线。
在上述不间断电源系统的每一个不间断电源模块中，所述发送支路包括一个正极与所述辅助电源主变换器的输出端连接的第三二极管，所述接收支路包括一个负极与所述辅助电源控制电路的启动偏置电流输入端连接的第二二极管，所述第三二极管的负极与所述第二二极管的正极连接，并通过所述引出线连接到外部。
本发明的电路设计简单，成本低廉，启动可靠，不但可以应用于集中控制的并联UPS系统中，还特别适合分散并联、集散并联的UPS系统采用。该启动方式对已工作模块的依赖性最少，只要已工作的模块辅助电源正常，则新插入系统的模块就能实现启动工作，不需要独立的集中控制电路参与，对已工作模块的输入交流电、直流电的参数没有要求。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是在线双变换UPS模块的典型结构示意图；
图2是现有技术中由集中控制电路为UPS模块的辅助电源单元提供启动偏置电流时的示意图；
图3是现有技术中由启动开关电路为UPS模块的辅助电源单元提供启动偏置电流时的示意图；
图4是由本发明UPS模块组成的并联UPS系统的连接关系示意图；
图5是本发明应用于单相并联UPS系统时的一个优选实施例的电路图；
图6是图5中所用的控制器的内部电路框图。
具体实施方式
本发明的总体构思，是利用并联UPS系统中各个UPS模块的辅助电源单元的输出电压构成一条辅助电源启动线，只要有一个UPS模块启动后，系统中的其它UPS模块以及新插入系统中的UPS模块都均能够通过这条母线实现其辅助电源单元的自启动。
参考图4，以其中的#1UPS模块为例，每个UPS模块都由整流及功率因数控制单元PFC、逆变单元INV、充电单元CHG、辅助电源单元PWR、电池升压单元DC/DC、蓄电池BT1-1以及相关的切换开关构成，图中没有绘制各单元之间的相关控制电路，实际系统当然应该包含相关控制电路。其中辅助电源单元又包括辅助电源控制电路及受其控制的辅助电源主变换器。充电单元的输出端连接到辅助电源控制电路的启动偏置电流输入端，并通过第一二极管D1-1连接到蓄电池的正极及辅助电源主变换器的启动偏置电流输入端；启动开关电路S1-1的一端连接在蓄电池BT1-1的正极，另一端连接在辅助电源控制电路的启动偏置电流输入端。
其中，正极与辅助电源主变换器的输出端连接、负极引出到外部的第三二极管D1-3构成启动偏置电流发送支路；而负极与辅助电源控制电路的启动偏置电流输入端连接、正极引出到外部的第二二极管D1-2构成启动偏置电流接收支路；二极管D1-3的负极与二极管D1-2的正极连接在一起，通过同一条引出线连接到外部，与其它各模块的同一引出线相互连接，形成辅助电源启动线。使得每一个UPS模块的辅助电源单元既可以从辅助电源启动线上引入启动偏置电流，也可以通过该辅助电源启动线为其他UPS模块的辅助电源单元提供启动偏置电流。同时，辅助电源主变换器的输出端经二极管D1-3、D1-2辅助电源控制电路的启动偏置电流输入端，所以二极管D1-3、D1-2还构成反馈支路。
对于尚未工作的并联UPS系统，在电池模式启动时，可选择任何一个UPS模块，例如选择#1UPS模块，通过按下其开关电路S1-1来启动，由蓄电池BT1-1通过开关S1-1为辅助电源控制电路提供工作电源，使整个辅助电源单元工作；当辅助电源主变换器的输出电压正常建立后，又可通过反馈支路(即二极管D1-3和二极管D1-2)对辅助电源控制电路实现自馈电，以维持其正常供电，此时该UPS模块的辅助电源单元完成其启动过程。同时，辅助电源主变换器的输出端可通过发送支路(即二极管D1-3)向辅助电源启动线输出电压，由于辅助电源启动线连接到每一个UPS模块的接收支路(即二极管DN-2)，辅助电源启动线可通过二极管DN-2为未启动的任一个UPS模块的辅助电源控制电路提供启动电压，也就是说，系统中未启动的UPS模块可通过该辅助电源启动线获取启动电压，实现自启动，不需要再按下启动开关电路SN-1。
当并联UPS系统正常工作于电池模式后，如果有新的UPS模块插入，也可通过辅助电源启动线获取启动电压，实现自启动，不需要再按下启动开关电路SN-1。
本发明既可以应用在单相并联UPS系统的辅助电源中，也可以应用于其它并联UPS系统的辅助电源单元中，如图5所示为一个应用于单相并联UPS系统时的优选实施例，图中仅绘出了辅助电源单元，省略了UPS模块中的其它电路；图6是其中所用的控制器(U1-1、......UN-1)的内部电路框图。本实施例是图4中所示方案的具体化，其中的变压器T1-1对应于图4中的辅助电源主变换电路；而控制器U1-1、开关管Q1-1及其周边电路则对应于图4中的辅助电源控制电路。充电单元的输出端通过第一电阻R1-1连接到控制器U1-1的启动偏置电流输入端，并通过第一二极管D1-1连接到蓄电池的正极及变压器T1-1的初极线圈输入端；蓄电池、变压器T1-1的初级线圈及开关管Q1-1通过第二电阻R1-2形成回路，控制器U1-1的控制信号输出端连接到开关管Q1-1的控制极；变压器T1-1的输出端通过第三、第二二极管D1-3、D1-2和第三电阻R1-3连接到控制器U1-1的工作启动偏置电流输入端，连接在所述第二二极管D1-2正极的引出线通过第四电阻R1-4引到外部。其工作原理与图4所示并联UPS系统的原理相同，此处不再赘述。
因为单端反激电路具有设计简单可靠、可隔离的多路输出、成本低等很多优点，从而被业界广泛应用到UPS模块辅助电源的设计中，本发明的上述实施例都是以单端反激电路为例，但本发明的构思应不局限于单端反激电路。
Claims (10)
1、一种并联不间断电源系统的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、至少有一个不间断电源模块先启动并工作于电池模式；
步骤2、所述至少一个先启动并工作于电池模式的不间断电源模块向所述并联不间断电源系统中未启动工作的不间断电源模块提供启动偏置电流；
步骤3、所述并联不间断电源系统中未启动工作的不间断电源模块通过接收所述启动偏置电流，完成启动。
2、根据权利要求1所述并联不间断电源系统的启动方法，其特征在于，所述启动偏置电流是由所述先启动的不间断电源模块中的辅助电源单元的变换器输出的。
3、根据权利要求1所述并联不间断电源系统的启动方法，其特征在于，在所述步骤1中，先启动任意两个或两个以上不间断电源模块。
4、根据权利要求1至3中任一项所述并联不间断电源系统的启动方法，其特征在于，所述未启动工作的不间断电源模块包括新插入所述并联不间断电源系统的不间断电源模块。
5、根据权利要求1至3中任一项所述并联不间断电源系统的启动方法，其特征在于，所述先启动工作的不间断电源模块的启动方式是由市电模式转换到电池模式的启动，或者是在电池模式下的通过启动开关电路实现的启动。
6、一种应用权利要求1所述的启动方法的不间断电源系统，其中至少包含一个主不间断电源模块和一个从不间断电源模块，每一个所述主、从不间断电源模块中包括辅助电源单元以及蓄电池；所述辅助电源单元包括用于为不间断电源模块中的其它功能单元提供工作电源的辅助电源主变换器、以及用于对其进行控制的辅助电源控制电路；其特征在于，
在所述主不间断电源模块中设有用于从其辅助电源主变换器的输出端向外部输出启动偏置电流的发送支路；
在所述从不间断电源模块中设有用于从外部接收启动偏置电流、并输入到其辅助电源控制电路的接收支路。
7、根据权利要求6所述的不间断电源系统，其特征在于，
在所述的主不间断电源模块中还设有用于从外部接收启动偏置电流、并输入到其辅助电源控制电路的接收支路；
在所述从不间断电源模块中还设有用于从其辅助电源主变换器的输出端向外部输出启动偏置电流的发送支路。
8、根据权利要求7所述的不间断电源系统，其特征在于，在每一个不间断电源模块中，所述发送支路的输出端与所述接收支路的输入端连接在一起，并通过同一根引出线连接到外部；所述并联不间断电源系统中的所有不间断电源模块的所述引出线连接在一起，形成一条辅助电源启动线。
9、根据权利要求8所述的不间断电源系统，其特征在于，在每一个不间断电源模块中，所述发送支路包括一个正极与所述辅助电源主变换器的输出端连接的第三二极管，所述接收支路包括一个负极与所述辅助电源控制电路的启动偏置电流输入端连接的第二二极管，所述第三二极管的负极与所述第二二极管的正极连接，并通过所述引出线连接到外部。
10、根据权利要求9所述的不间断电源系统，其特征在于，在每一个不间断电源模块的辅助电源单元中，由控制器(U1-1)和开关管(Q1-1)组成辅助电源控制电路，由变压器(T1-1)组成辅助电源主变换器；所述蓄电池、变压器(T1-1)的初级线圈及开关管(Q1-1)通过第二电阻(R1-2)形成回路，所述控制器(U1-1)的控制信号输出端连接到所述开关管(Q1-1)的控制极；所述变压器(T1-1)的输出端通过所述第三二极管(D1-3)、第二二极管(D1-2)和第三电阻(R1-3)连接到所述控制器(U1-1)的工作启动偏置电流输入端，连接在所述第二二极管(D1-2)正极的引出线通过第四电阻(R1-4)引到外部。
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